Hidráulica Básica 4ed - Rodrigo de Melo Porto_compressed 1

PREFÁCIO DA 2ª EDIÇÃO Este livro é resultado do convênio firmado entre a CAPES e a Esco- la de Engenharia de São Carlos, através do programa REENGE, para a publicação de uma série de textos, de caráter didático, em Engenharia Civil e Engenharia Elétrica. A coleção de livros tem o objetivo fundamental de fornecer apoio aos estudantes das duas especialidades, através de textos que abranjam os principais assuntos enfocados nas diversas estruturas curriculares das es- colas de engenharia do país, de modo claro e didático, refletindo a expe- riência acadêmica dos autores, e com baixo custo. No caso específico deste volume, procurou-se elaborar um texto que concorresse para a melhoria da formação básica em Hidráulica do estudante dos cursos de Engenharia Civil. Tal formação é absolutamente necessária para que o Engenheiro Civil possa desempenhar seu papel no âmbito do planejamento, projeto e gerenciamento dos mais diversos siste- mas que tratam do uso e controle da água. Procurou-se desenvolver os capítulos de modo a contemplar os prin- cipais aspectos inerentes aos escoamentos em condutos forçados e livres, dentro de uma sequência e profundidade que se acredita condizente com os cursos de Introdução Geral em Engenharia Civil, e baseada na experi- ência de anos de ensino. Pretendeu-se apresentar os tópicos mais fundamentais em cada as- sunto, de forma cuidadosa e rigorosa, sem, todavia, abusar do tratamento matemático e dando prioridade aos aspectos físicos e práticos da matéria. A estrutura do texto é dividida em duas partes bem distintas: a pri- meira, com seis capítulos, trata do escoamento permanente em condutos forçados; a segunda, com oito capítulos, trata de escoamentos permanente e variável com superfície livre. Seu conteúdo é suficiente para cobrir um curso anual da disciplina, com carga horária de três horas por semana (au- las práticas de laboratório à parte). O aluno com formação básica em Mecânica dos Fluidos pode supri- mir o primeiro capítulo sobre Conceitos Básicos. Também o último capítu- lo, sobre Escoamento Variável em Canais, pode ser dispensado sem perda do essencial, em virtude da limitação de tempo. HIDRÁULICA BÁSICA 4ª EDIÇÃO REVISADA RODRIGO DE MELO PORTO Departamento de Hidráulica e Saneamento Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo Publicação EESC-USP São Carlos, SP 2006 Copyright © 2006, 2004, 2003, 2001, 2000, 1998 – EESC – São Carlos-SP Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida, guardada pelo sistema "retrieval" ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, seja este eletrônico, mecânico, de fotocópia, de gravação, ou outros, sem prévia autorização, por escrito, da EESC. 1ª Edição – tiragem: 1.000 exemplares 2ª Edição – tiragem: 5.500 exemplares 3ª Edição – revisada – tiragem: 2.000 exemplares 4ª Edição – revisada e ampliada – tiragem: 2.000 exemplares Revisão, editoração eletrônica e fotolitos: RiMa Artes e Textos Fone: (0xx16) 3372-3328 Fax: (0xx16) 3372-3264 e-mail: paulo@rimadeditora.com.br Ficha catalográfica preparada pela Seção de Tratamento da Informação do Serviço de Biblioteca – EESC/USP P853h.2 Porto, Rodrigo de Melo Hidráulica básica / Rodrigo de Melo Porto. -- 4. ed. -- São Carlos : EESC-USP, 2006. [540] p. : il. Inclui referências bibliográficas. Projeto REENGE. ISBN 85-7656-084-4 1. Hidráulica. 2. Condutos forçados. 3. Condutos livres. 4. Ensino. 5. Aprendizado. I. Título. Ao meu pai, Eng. Fernando de Figueiredo Porto, pelo exemplo de caráter e por tudo aquilo que me proporcionou. À Lú, pelo amor, dedicação e paciência. Para Mau, Tati e Li, razão de tudo. A AGRADECIMENTOS Este livro é fruto do apoio recebido da diretoria da Escola de Engenharia de São Carlos, na pessoa de seu diretor, prof. Jurandyr Povinelli, e do estímulo e incentivo dos colegas do Departamento de Hidráulica e Saneamento. Deve-se ressaltar o trabalho paciente da bolsista Italiana Gonçalves Porto na revisão preliminar do texto, elaboração de tabelas e exercícios, o apoio recebido do prof. Woodrow N. L. Roma como “consultor em informática” e a colaboração do Eng. José Eduardo Mateus Évora na elaboração da interface do programa REDEMEM.EXE. De modo particular e especial reconhece-se o trabalho dedicado, competente e contínuo do Sr. Valdecir Aparecido de Arruda na elaboração dos desenhos e na arte final da versão preliminar. Aos professores Walter H. Graf e Mustafá S. Altinakar, da École Polytechnique Federale de Lausanne, agradece-se a autorização de uso, tradução e adaptação do programa ExplicM1.exe e permissão da reprodução dos Exemplos 3B e 5D do livro Hydraulique Fluviale, do qual se extrai boa parte do Capítulo 14. Ao professores Ciliberto Queiroza da Silva e Atenoner Rodrigues Barbosa, da Universidade Federal de Ouro Prete, agradece-se a gentileza da foto da Cinarina e Casca dos Contos, que compõe a capa. Agradecimentos à prof. Luisa Fernanda Ribeiro Reis da EESC e ao prof. Podalyro Amaral de Souza da EPUSP, pelas críticas e sugestões pertinentes. E, finalmente, uma palavra de agradecimento aos alunos da disciplina SHS-401 Hidráulica, do curso de Engenharia Civil da EESC, que, nas versões preliminares, se empenharam na maratona “em busca do erro perdido”. Com certeza alguns ainda estão escondidos, e antecipadamente se agradece a quem encontrá-los. São Carlos, dezembro de 1998. Rodrigo de Melo Porto rodrigo@sc.usp.br APRESENTAÇÃO O REENGE (Reengenharia do Ensino de Engenharia) é uma linha de atuação do Programa de Desenvolvimento das Engenharias que tem por objetivo apoiar a reformulação dos programas de ensino de engenharia como parte do processo de capacitação tecnológica e de modernização da sociedade brasileira, bem como da preparação para enfrentar os desafios futuros gerados pelos progressos técnico e científico alcançados em nível internacional. Visando à consecução de seu objetivo, o REENGE tem oferecido apoio e incentivo para o desenvolvimento de importantes projetos, dentro os quais se destaca a publicação de livros didáticos para os cursos de graduação de educação continuada. A presente publicação Hidráulica Básica, patrocinada pelo REENGE, é um texto destinado ao apoio à disciplina Hidráulica dos cursos de Engenharia Civil, com caráter eminentemente didático e cobrindo os principais tópicos necessários à formação técnica do aluno nessa área. O autor, Rodrigo de Melo Porto, engenheiro civil formado pela Escola de Engenharia de São Carlos e professor doutor do Departamento de Hidráulica e Saneamento dessa mesma escola, foi professor de Hidráulica na Unicamp e na Universidade Federal de São Carlos, possui vários trabalhos publicados, tanto de cunho técnico-científico quanto didático. A obra incorpora o resultado de um trabalho sério, dedicado e competente realizado pelo professor Rodrigo, fruto de sua experiência na docência, constituindo-se em uma valiosa contribuição ao aperfeiçoamento e melhoria das condições de oferecimento da disciplina Hidráulica nos cursos de Engenharia Civil no país. Prof. Dr. Jurandyr Povinelli* * Diretor da Escola de Engenharia de São Carlos da USF, coordenador do projeto REENGE/ESC, foi presidente da Comissão de Pós-graduação da EESC-USP, chefe do Departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC-USP e secretário executivo da Comissão de Especialistas do Ensino de Engenharia do Ministério da Educação e dos Desportos.